Dagens plan. INF3170 Logikk. Sekventkalkyle Gerhard Gentzen ( ) Innhold. Forelesning 12: Snitteliminasjon. Herman Ruge Jervell. 8.

Like dokumenter
Dagens plan. INF3170 Logikk. Negasjon som bakgrunn for intuisjonistisk logikk. Til nå i kurset. Forelesning 9: Intuisjonistisk logikk.

Intuisjonistisk logikk

INF3170 Logikk. Forelesning 11: Intuisjonistisk logikk. Roger Antonsen. 27. april Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo

Logiske symboler. Ikke-logiske symboler. Konnektiver Kvantorer Har fast tolking

INF3170 Forelesning 11

Førsteordens sekventkalkyle

Dagens plan. INF3170 Logikk. Introduksjon. Forelesning 7: Førsteordens logikk sekventkalkyle og sunnhet. Christian Mahesh Hansen. 5.

Forelesning 3-6. februar 2006 Utsagnslogikk sekventkalkyle og sunnhet. 1 Mengdelære III. 2 Utsagnslogikk. 1.1 Multimengder. 2.

Dagens plan. INF3170 Logikk. Semantikk for sekventer. Definisjon (Motmodell/falsifiserbar sekvent) Definisjon (Gyldig sekvent) Eksempel.

Bevis for sunnhet (og kompletthet) av bevissystemet med hensyn på semantikken

Dagens plan. INF4170 Logikk. Modelleksistens for grunn LK repetisjon. Kompletthet av fri-variabel LK. Teorem (Kompletthet) Lemma (Modelleksistens)

INF1800 LOGIKK OG BEREGNBARHET

Sekventkalkyle for utsagnslogikk

Dagens plan. INF3170 Logikk. Induktive definisjoner. Eksempel. Definisjon (Induktiv definisjon) Eksempel

Dagens plan. INF4170 Logikk. Fri-variabel sekventkalkyle. Forelesning 10: Automatisk bevissøk II fri-variabel sekventkalkyle og sunnhet.

INF1800 LOGIKK OG BEREGNBARHET

Førsteordens sekventkalkyle

Forelesning 7: Førsteordens logikk sekventkalkyle og sunnhet Christian Mahesh Hansen - 5. mars 2007

INF3170 Logikk. Forelesning 8: Mer sekventkalkyle og sunnhet. Roger Antonsen. 6. april Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo

Fortsettelse. INF3170 Logikk. Eksempel 1. Forelesning 8: Mer sekventkalkyle og sunnhet. Roger Antonsen

INF3170 Logikk. Forelesning 3: Utsagnslogikk, semantikk, sekventkalkyle. Roger Antonsen. Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo

Repetisjonsforelesning

Repetisjon: Førsteordens syntaks og semantikk. 2 Førsteordens sekventkalkyle. 3 Sunnhet av førsteordens sekventkalkyle. 1 Mengden T av termer i L:

INF1800 Forelesning 15

Dagens plan. INF3170 Logikk. Obliger og eksamen. Forelesning 1: Introduksjon. Utsagnslogikk og sekventkalkyle. Arild Waaler. 21.

Forelesning 3: Utsagnslogikk sekventkalkyle, sunnhet og kompletthet Christian Mahesh Hansen - 5. februar 2007

Forelesning 2: Induktive definisjoner, utsagnslogikk og sekventkalkyle Christian Mahesh Hansen januar 2007

Hvis formlene i Γ og er lukkede, vil sannhetsverdiene til formlene under M være uavhengig av variabeltilordning.

Dagens plan. INF3170 Logikk. Kompletthet følger fra modelleksistens. Kompletthet. Definisjon (Kompletthet) Teorem (Modelleksistens)

Sekventkalkyle for utsagnslogikk

Det utsagnslogiske spraket: konnektiver og formler. Semantikk: Denisjon av sannhet og gyldighet

Forelesning 7: Førsteordens logikk sekventkalkyle og sunnhet Christian Mahesh Hansen - 3. mars 2007

INF3170 Logikk. Ukeoppgaver oppgavesett 7

INF3170 / INF4171. Normalisering. Andreas Nakkerud. 24. september 2015

INF4170 { Logikk. Forelesning 1: Utsagnslogikk. Arild Waaler. 20. august Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo

Kompletthet av LK. INF3170 Logikk. Overblikk. Forelesning 9: Mer sekventkalkyle og kompletthet. Roger Antonsen

Forelesning 1: Introduksjon. Utsagnslogikk og sekventkalkyle Arild Waaler januar 2008

Definisjon 1.1 (Kompletthet). Sekventkalkylen LK er komplett hvis enhver gyldig sekvent er LK-bevisbar.

Merk: kopieringen av hovedformelen i γ-reglene medfører at bevissøk i førsteordens logikk ikke nødvendigvis behøver å terminere!

1 Utsagnslogikk (10 %)

Definisjon 1.1 (Sunnhet). Sekventkalkylen LK er sunn hvis enhver LK-bevisbar sekvent er gyldig.

Dagens plan. INF3170 Logikk. Forstå teksten og begrepene! Disponér tiden! Forelesning 15: Oppgaveløsing. Christian Mahesh Hansen. 21.

MAT1030 Diskret matematikk

MAT1030 Diskret Matematikk

INF4170 Logikk. Forelesning 12: Automatisk bevissøk IV matriser og koblingskalkyle. Bjarne Holen. Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo

INF3170 Forelesning 4

Forelesning 27. MAT1030 Diskret Matematikk. Bevistrær. Bevistrær. Forelesning 27: Trær. Roger Antonsen. 6. mai 2009 (Sist oppdatert: :28)

Dagens plan. INF3170 Logikk. Syntaks: Utsagnslogiske formler. Motivasjon

Beregn minutter til å se gjennom og fullføre ubesvarte oppgaver på slutten av eksamenstiden.

Dagens plan. INF3170 Logikk. Redundans i LK-utledninger. Bevissøk med koblinger. Forelesning 13: Automatisk bevissøk IV matriser og koblingskalkyle

Forberedelse Kompletthet Kompakthet INF3170 / INF4171. Predikatlogikk: kompletthet, kompakthet. Andreas Nakkerud. 8.

Litt mer mengdelære. INF3170 Logikk. Multimengder. Definisjon (Multimengde) Eksempel

Sekventkalkyle for første ordens predikatlogikk uten likhet

En formel er gyldig hviss den sann i alle tolkninger. Kan dette sjekkes automatisk?

FOL: syntaks og representasjon. 15. og 16. forelesning

Dagens plan. INF3170 Logikk. Resolusjon: regel og utledninger. Overblikk. Definisjon. Forelesning 14: Avanserte emner. Christian Mahesh Hansen

UNIVERSITETET I OSLO

Hvis Ole følger inf3170, så liker Ole logikk. Ole følger inf3170, og Ole følger ikke inf3170. Ole følger inf3170, eller Ole følger ikke inf3170.

Fri-variabel sekventkalkyle

En repetisjon hrj høst 2009

Rekurrens. MAT1030 Diskret matematikk. Rekurrens. Rekurrens. Eksempel. Forelesning 16: Rekurrenslikninger. Dag Normann

Forelesning 14: Automatisk bevissøk IV matriser og koblingskalkyle Christian Mahesh Hansen mai 2006

Førsteordens logikk - syntaks

Forelesning 13: Automatisk bevissøk IV matriser og koblingskalkyle Bjarne Holen - 7. mai 2007

INF3170 Forelesning 10

INF3170 Forelesning 2

Kapittel 6: Funksjoner


INF1800 LOGIKK OG BEREGNBARHET

Repetisjon og noen løse tråder

INF1800 LOGIKK OG BEREGNBARHET

Mer om førsteordens logikk

Sunnhet og kompletthet av sekventkalkyle for utsagnslogikk

Dagens plan INF3170 Logikk. Obliger og eksamen. Forelesning 1: Introduksjon, mengdelære og utsagnslogikk. Christian Mahesh Hansen og Roger Antonsen

Klasser, det analytiske hierarkiet og Shoenfields absolutthetsteorem

INF3140 Modeller for parallellitet INF3140/4140: Programanalyse

UNIVERSITETET I OSLO. Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. INF1080 Logiske metoder for informatikk

INF3170 Logikk. Ukeoppgaver oppgavesett 6

x A A(x/t) er gyldig såfremt t ikke inneholder en variabel som fanges av en kvantor i A når den settes inn for x.

Semantikk Egenskaper ved predikatlogikk Naturlig deduksjon INF3170 / INF4171. Predikatlogikk: Semantikk og naturlig deduksjon.

MAT1030 Diskret matematikk

Innledning. MAT1030 Diskret matematikk. Kapittel 11. Kapittel 11. Forelesning 33: Repetisjon

Kapittel 4: Logikk. MAT1030 Diskret Matematikk. Oppsummering. En digresjon. Forelesning 6: Utsagnslogikk og predikatlogikk.

Oppsummering. MAT1030 Diskret matematikk. Oppsummering. Oppsummering. Eksempel

MAT1030 Diskret matematikk

MAT1030 Diskret matematikk

UNIVERSITETET I OSLO

INF3170 / INF4171. Intuisjonistisk logikk: Kripke-modeller, sunnhet, kompletthet. Andreas Nakkerud. 15. september 2015

INF1800 LOGIKK OG BEREGNBARHET

MAT1030 Diskret Matematikk

Forelesning 31: Repetisjon

ECON3610 Samfunnsøkonomisk lønnsomhet og økonomisk politikk Forelesning 2

Databaser fra et logikkperspektiv

INF1800 LOGIKK OG BEREGNBARHET

MAT1030 Diskret matematikk

UNIVERSITETET I OSLO

MAT1030 Diskret Matematikk

UNIVERSITETET I OSLO. Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

MAT1030 Diskret matematikk

Oppgaver fra forelesningene. MAT1030 Diskret matematikk. Oppgave (fra forelesningen 10/3) Definisjon. Plenumsregning 9: Diverse ukeoppgaver

Transkript:

INF3170 Logikk Dagens plan Forelesning 12: Herman Ruge Jervell 1 Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo 2 8. mai 2006 Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 2 / 27 Regler Innhold 1 Regler 2 Gerhard Gentzen (1908-1945) Aksiomer: enkle sekventer som Γ, L, L der L er litteral (atomær eller negasjon av atomær) Strukturelle regler: datastrukturen for sekventer : Fire typer α, β, γ, δ Velger en versjon av sekventkalkyle som gjør det vanskelige snitteliminasjonsteoremet så enkelt som mulig. Velger ensidig sekventkalkyle. Enkelt å oversette argumentet til andre systemer. Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 3 / 27 Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 4 / 27

Språket 1 Språket 2 Litteraler: L og L Konnektiver: F G og F G Kvantorer: x.fx og x.fx Negasjon er definert: F = F F G = F G F G = F G x.fx = x.fx x.fx = x.fx Lengden av en formel er gitt ved Litteraler: l(l) = 1 Konnektiver: l(f G) = l(f G) = 1 + max(l(f ), l(g)) Kvantorer: l( x.fx) = l( x.fx) = 1 + l(fx) Sekvent endelig bag (multiset) av formler. Skrives Γ og Γ, F.... Skriver F for F Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 5 / 27 Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 6 / 27 Strukturelle regler Aksiom er der L er litteral.de logiske reglene er Γ, L, L Γ, F, G Γ, F G α Γ, F Γ, G Γ, F G β Γ, x.fx, Ft Γ, x.fx Regel δ oppfyller egenvariabelbetingelse. γ Γ, Fa Γ, x.fx δ Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 7 / 27 Den eneste strukturelle regelen er kontraksjon Γ, F, F Γ, F Siden sekventer er bager, så kan vi bytte om på rekkefølgen av formler i sekventer uten videre de representerer samme bag. Ved bruk av kontraksjon kan vi forenkle formuleringen av noen av reglene. Det er f eks vanlig å ha i stedet for regel γ Γ, Ft Γ, x.fx γ men da glemmer en fort at regel γ skal gi en prosess der vi fra x.fx kan etter hvert produsere alle instanser Ft når vi falsifiserer formelen. Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 8 / 27

Snitt Viktigste avledete regel Snitt Varianter av Snitt Γ, F Γ, F Γ Snitt F kalles snittformelen. Observer Dette er ikke en av de vanlige reglene følger den intenderte meningen med sekventer Vansker med en mekanisering av snitt Må gjette på snittformel A A B B Antagelse Modus ponens Antagelse, Teorem Antagelse Teorem ble innført av Gerhard Gentzen. Vi skal se at vi kan eliminere bruk av snitt, men mot at vi får en voldsom økning av størrelsen på derivasjonen. Dette er hovedtemaet i denne forelesningen. Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 9 / 27 Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 10 / 27 Derivasjoner Trær Se på premissene og konklusjonen i våre regler. Den aktive formelen er den som blir endret Ekstraformlene i konklusjonen finnes også i premissene Gitt en formel vi kan spore forekomstene av formelen opp i derivasjonen gjennom ekstraformler inntil den ender enten opp som aktiv formel eller som aksiom Tråd en sporing av slike forekomster av samme formel Gitt en formel i konklusjonen av en derivasjon Kompleksitet Grad og høyde av derivasjoner D Γ[g, h] D er en derivasjon av sekventen Γ Graden g : alle snittformler er av lengde g Høyden h : derivasjonen har høyde h (høyde = høyden av derivasjonstreet) D Γ[g, h ] alle snittformler er av lengde < g derivasjonen har høyde < h Her har vi markert tråden. Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 11 / 27 og varianter der vi utelater D eller kombinasjoner av g, g og h, h Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 12 / 27

Vanlige og enkle En regel Γ Et hygienisk lemma 1 La V være en mengde variable og anta D Γ[g, h]. Da finnes derivasjon D uten bruk av egenvariable fra V slik at D Γ[g, h]. er en (vanlig) avledet regel om Γ og en enkel avledet regel om Γ[g, h] [g, h] Ved induksjon over høyden av derivasjonen D Opplagt om ikke siste regel er γ. Så anta at siste regel er Γ, Fa Γ, x.fx Forts... Dette er litt forskjellig definisjon en den i forelesningene. Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 13 / 27 Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 14 / 27 Et hygienisk lemma 2 Tynning Tynningsregelen er Forts... Anta at siste regel er Γ, Fa Γ, x.fx La b være en ny fersk variabel verken brukt i D eller med i V og bruk induksjon til å finne D Γ, Fa[g, h ] uten egenvariable fra V {b}. Erstatt a med b i D slik at vi får D Γ, Fb[g, h ] og D Γ, x.fx[g, h] der D ikke innholder egenvariable fra V Γ Γ, Tynning Tynningsregelen er en enkel avledet regel. Anta D Γ[g, h] og etter hygienisk lemma at D ikke inneholder egenvariable som er i sekventen. Legg til i alle sekventer i D og vi får D Γ, [g, h] Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 15 / 27 Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 16 / 27

Omvending av α, β og δ 1 Omvending av α, β og δ 2 Samme bevis for alle disse reglene. Gjør dette for regel β 1. Så anta at vi har Γ, F G. Kan anskueliggjøre dette ved Γ, F G Γ, x.fx Γ, F, G α Γ, Ft δ Γ, F G Γ, F β 1 Γ, F G Γ, G Omvendingene av reglene α, β og δ er enkle avledete regler Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 17 / 27 β 2 Her har vi markert tråden over F G dvs forekomstene av F G fra den i konklusjonen og oppover. Tråden avsluttes i punkter med enten aksiom eller konklusjon i β-regel. Erstatt samtlige punkter i denne tråden med F. Ved aksiomer gjør ikke noe. Ved konklusjon av β-regel med hovedformel F G kutt ut høyre premiss og fortsett med venstre premiss. Vi får en ny derivasjon av Γ, F der verken grad eller høyde blir større. Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 18 / 27 Selve lemmaet Litteral Se på derivasjonen av Γ, L Anta at F har lengde g og anta Γ, F [g, h] og Γ, F [g, h]. Da har vi Γ[g, 2h] Det interessante tilfellet er når lengden til F er g og i den endelige derivasjonen ikke bruker noe snitt med så stor snittformel Bevis er over oppbyggingen av F Vi får tre tilfeller for F litteral, konnektiv, kvantor Vi har markert tråden over L. Vi stryker nå vekk alle forekomstene i tråden. Se på topppunktene i tråden L inngår som aksiom. Etter stryking av L vil da sekventen se slik ut Γ 0, L. Da setter vi derivasjonen Γ 0, Γ, L på toppen. Aksiom der L ikke inngår. Det vil fortsette å være et aksiom etter stryking av L i tråden. Vi ender opp med derivasjon Γ[0, 2h]. Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 19 / 27 Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 20 / 27

Konnektiver Kvantorer 1 Se på derivasjonen av Γ, x.fx Vi antar Γ, F G[g, h] og Γ, F G[g, h] Tilfellet h = 1 er trivielt da er begge sekventene aksiomer. Ved omvending Γ, F [g, h], Γ, G[g, h] og Γ, F, G[g, h] Snittformlene F og G er av lengde < g Vi får Γ[g, h + 2] For h > 1, så er h + 2 2h, og vi har Γ[g, 2h] Vi har markert tråden med x.fx. I den tråden ønsker vi å stryke alle forekomster av den. Problemet er med forekomster av typen Γ 0, x.fx, Fs Γ 0, x.fx Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 21 / 27 Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 22 / 27 Kvantorer 2 Prosessen I tråden har vi en rekke termer brukt til γ-regler som involverer x.fx. For hver slik forekomst av term setter vi inn Γ, Γ 0, Fs Γ, Γ 0, Fs Γ, Γ 0 Bruker δ-omvending og tynning og får Dette gir og hovedlemmaet er bevist Γ, Γ 0, Fs[g, h] Γ[g, 2h] Prosess for eliminering av snitt Gitt derivasjon Finn maksimal lengde av snittformel Finn snitt av maksimal lengde så høyt oppe i derivasjonen som mulig Eliminer dette snittet ved bruk av hovedlemmaet Får derivasjon med færre snitt av maksimal lengde Gjenta så lenge det er flere snitt igjen Denne prosessen forutsetter at derivasjonene er velfunderte vi kan plukke ut snitt så høyt oppe som mulig. Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 23 / 27 Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 24 / 27

Teorem Teorem beviset Teorem Γ[g, h] Γ[g 1, 2 h ] Γ[0, 2 h g ] 2 h 0 = h 2 h n+1 = 2 (2h n ) D Γ[g, h] Vi bruker så hovedlemmaet på snitt av grad g Dette gjøres fra toppen og nedover Kan se dette som en rekursjon over høyden h i D Vi får h fordoblinger Dermed Γ[g 1, 2 h ] Vi får et 2-er tårn 2 22. Resten av teoremet følger. Dette gir et voldsomt estimat. En derivasjon med høyde 5 og snittgrad 2 får en snittfri derivasjon med høyde mindre enn med parenteser den vriene veien som estimat for høyden av den snittfrie derivasjonen. 4294967296 Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 25 / 27 Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 26 / 27 Diskusjon En kan ikke unngå slik vekst Matematiske bevis bruker snitt Mekanisering av bevis unngår snitt Interaktiv bevissystem brukeren gir forslag til snitt Stort uutforsket tema snittintroduksjon Institutt for informatikk (UiO) INF3170 Logikk 08.05.2006 27 / 27